Das ENSO-Phänomen

Upwelling

Englischer Begriff für das Aufströmen von tieferem, gewöhnlich kälterem und dichterem Meerwasser an die Oberfläche mit Schwerpunkten in bestimmten Auftriebsgebieten. In Bereichen mit Upwelling werden beträchtliche Mengen Kohlendioxid an die Atmosphäre abgegeben. Dies ist besonders im äquatorialen Pazifik von Bedeutung, wo 1-2 Gt C/a emittiert werden können. Gleichzeitig sind Auftriebsgebiete durch eine verstärkte Primärproduktion gekennzeichnet.

Der küstennahe Auftrieb kalter und nährstoffreicher Wassermassen vor Peru und Ecuador ist nicht nur für die ansässige Fischerei bedeutend, sondern auch für den globalen Kohlenstoffkreislauf und damit für das Erdklima. Wie sich dieses System in der Vergangenheit entwickelt und verändert hat, untersuchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GEOMAR. Die Rekonstruktion zeigte, dass sich der Küstenauftrieb erst mit dem Beginn der jetzigen Warmzeit vor 10.000 Jahren einsetzte und insbesondere seit etwa 4000 Jahren sehr intensiv ist und sich dann kontinuierlich entlang der südamerikanischen Küste nach Norden fortsetzte. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift Paleoceanography erschienen.

Bild links: Die Gewinnung von Sedimentbohrkernen aus der Tiefsee erfolgt mit sogenannten Kolbenloten. Bild rechts: Mikrofossilien wie dieser planktisch lebende Einzeller (Foraminifere), die aus den ozeanischen Schlammablagerungen extrahiert werden, speichern in ihren Kalkschalen die Ozean- und Klimaentwicklung der Vergangenheit. Das Verhältnis bestimmter Isotope in den kalkigen Schalen der Foraminiferen kann sehr genau Auskunft über die vergangenen Temperaturen und Salzgehalte des umgebenden Meerwassers geben. Ähnliche Informationen erbringen die organischen Molekularverbindungen, die von kalkbildenden Algen (Coccolithophoriden) produziert werden. Für die Rekonstruktionen der Auftriebsverhältnisse bearbeiteten Wissenschaftler Bohrkerne, die vor Peru mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR aus Wassertiefen von 300 bis 1000 Metern gewonnen wurden. Quelle: GEOMAR

Das Wechselspiel zwischen der Meeresoberfläche und dem Klima ist äußerst komplex. Einerseits speichert der Ozean das klimarelevante Kohlendioxid (CO₂). Dieser Prozess funktioniert besonders gut bei niedrigen Wassertemperaturen und wenn große Mengen an Plankton CO₂ durch Photosynthese binden. Beide Bedingungen sind in Gebieten gegeben, in denen kaltes, nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe an die Oberfläche gelangt.

Andererseits können diese Auftriebsprozesse auch alte, CO₂-reiche Wassermassen aus der Tiefe an die Ozeanoberfläche transportieren und das Treibhausgas zurück zur Atmosphäre bringen. Auftriebsregionen sind daher ein besonders spannendes Arbeitsgebiet für die Meeresforschung.

Das Beispiel Südwest-Afrika

Upwelling tritt auf, wenn kaltes Tiefenwasser an die Oberfläche verlagert wird. Es kommt typischerweise entlang von Küsten oder entlang des Äquators als Folge des Ekman-Effektes auf. Dank des Gleichgewichts zwischen Windstress und dem Coriolis-Effekt bewirkt die Windströmung über der Ozeanoberfläche auf der Nordhalbkugel eine rechtsgerichtete Ablenkung des Oberflächenwassers und eine solche nach links auf der Südhalbkugel.

Der naheliegendste Weg um Upwellingzonen aufzuspüren, ist die Suche nach außergewöhnlich niedrigen Meeresoberflächentemperaturen.

Meeresoberflächentemperatur: Kalter Benguela-Strom (SW) - Warmer Agulhas-Strom (SO) Ein kleiner Test: In this example we see extensive upwelling along the southwest coast of Africa, shown in deep blue. So, based on the above, from what direction are the prevailing winds blowing? a) NNW - b) ENE - c) SSE - d) WSW Feedback: The correct answer is (c) SSE. Because we are looking at the Southern Hemisphere, Ekman surface transport is to the left of the winds. This pushes surface water offshore and deeper water upwells to replace it. Similar upwelling occurs when a southerly wind blows parallel to the west coast of South America or when a wind from the north blows parallel to the California coast. As a reminder, note that meteorologists talk about winds from, while oceanographers discuss currents toward a direction. In der Grafik sind vor SW-Afrika außer dem Upwelling-Gebiet auch die Auswirkungen des kalten Benguela-Stroms auf die Wassertemperaturen erkennbar und auf der Ostseite des südlichen Afrikas die des warmen Agulhas-Stroms. Quelle: HYCOM Analysis 13 April 2008 - MetEd / UCAR (Zugang über kostenfreie Registrierung)

In jüngerer Zeit verfolgt man auch ein künstliches Upwelling. Dieses Artificial Upwelling ist eine Technik des Geoengineering, bei der nährstoffreiches, kaltes Tiefenwasser in die Oberflächenschichten des Ozeans gebracht wird. Mit dieser Technologie können verschiedene Zwecke verfolgt werden, wie z. B. Erhöhung der Primärproduktion, Energieerzeugung, CO₂-Sequestrierung oder Kühlung.